Titel

Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine umfassend ein Stützelement sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Stützelementes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Demnach umfasst eine solche Vorrichtung zumindest einen Kraftstoff! njektor, einen Dichtring sowie ein Stützelement. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Stützelementes für eine solche Vorrichtung.

Bei der Vorrichtung handelt es sich im Wesentlichen um separate Teile, welche derart zusammensetzbar sind, dass die Montage der Vorrichtung an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine in einem Stück erfolgt. Das heißt, dass das Dichtelement und das Stützelement derart mit dem Kraftstoffinjektor verbunden werden, dass diese verliersicher hieran gehalten sind und die Montage der Vorrichtung lediglich das Einsetzen und Fixieren des Kraftstoffinjektors in einer Bohrung des Gehäuseteils erfordert. Zur Fixierung wird in der Regel eine Spannpratze verwendet, welche den Kraftstoffinjektor mit einer Axialkraft beaufschlagt, mittels welcher der Kraftstoffinjektor in Richtung einer am Gehäuseteil ausgebildeten radialen Stützfläche axial vorgespannt wird. Die Abstützung erfolgt dabei regelmäßig mittelbar über ein ringförmiges Stützelement, das zugleich eine Positionierungsfunktion besitzt. Um ferner eine Dichtfunktion zu gewährleisten, kann ferner ein Dichtelement im Kontaktbereich des Kraftstoff! njektors mit dem Gehäuseteil angeordnet werden. Stand der Technik

Aus der US 201 1/0247591 A1 geht beispielsweise eine zweiphasige Federanordnung hervor, welche einen Metallgrundkörper und einen Gummiring umfasst, wobei der Gummiring auf den Metallgrundkörper aufgelegt ist. Der Metallgrundkörper besitzt darüber hinaus eine Aufkantung, welche derart profiliert ist, dass eine kraftschlüssige Verbindung der Federanordnung mit dem Kraftstoffinjektor realisierbar ist. Die Verbindung erfolgt in der Weise, dass der Gummiring an einem Düsenkörper des Kraftstoffinjektors zu liegen kommt, während der Metallgrundkörper in direktem Kontakt mit dem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine steht.

Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine anzugeben, welche eine gesteigerte Robustheit sowie eine lange Lebensdauer besitzt. Insbesondere soll die Korrosionsgefahr an einem dem Brennraum zugewandten Schaftabschnitt des Düsenkörpers des Kraftstoffinjektors verringert werden.

Zur Lösung der Aufgabe wird die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in den Unteransprüchen angegeben. Ferner trägt das in Anspruch 5 vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines Stützelementes für eine solche Vorrichtung zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe bei. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den auf Anspruch 5 rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.

Offenbarung der Erfindung

Die zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine vorgeschlagene Vorrichtung umfasst einen Kraftstoffinjektor sowie einen mit dem Kraftstoffinjektor verbindbaren Dichtring, der eine zentrale Ausnehmung zur Aufnahme eines Schaftabschnittes eines Düsenkörpers des Kraftstoff! njektors besitzt. Ferner umfasst die Vorrichtung ein mit dem Kraftstoffinjektor verbindbares Stützelement zur AbStützung des Kraftstoffinjektors an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß ist der Dichtring innerhalb einer zentralen Ausnehmung des Stützelemen- tes angeordnet und mit dem Stützelement kraft- und/oder formschlüssig verbunden. Darüber hinaus besitzt der Dichtring ein beidseitiges axiales Übermaß a gegenüber dem Stützelement.

Das beidseitige axiale Übermaß a des Dichtrings verringert sich, wenn der Kraftstoffinjektor in einer Bohrung des Gehäuseteils der Brennkraftmaschine eingesetzt und mittels einer Spannpratze fixiert wird. Denn die Pratzkraft der Spannpratze führt dazu, dass der Dichtring zusammengedrückt und derart verformt wird, dass die Abstützung im Wesentlichen über das Stützelement erfolgt. Die Verformung des Dichtrings bewirkt, dass dieser sich einerseits an den Kraftstoff! njektor, andererseits an den Zylinderkopf anschmiegt und auf diese Weise eine Abdichtung des Raumes zwischen dem

Kraftstoffinjektor und dem Zylinderkopf sichergestellt ist. Aufgrund der Verformung liegt der Dichtring unter radialer Vorspannung am Kraftstoffinjektor sowie unter axialer Vorspannung am Kraftstoff! njektor und am Gehäuseteil der Brennkraftmaschine an, wodurch die Dichtwirkung noch erhöht wird.

Im montierten Zustand vermag die Vorrichtung darüber hinaus einer Kondensatbildung am Düsenkörper, insbesondere an einem Schaftabschnitt des Düsenkörpers des Kraftstoffinjektors, entgegenzuwirken, da der Dichtring eine reduzierte thermische Ankopp- lung des Düsenkörpers an das Gehäuseteil der Brennkraftmaschine bewirkt. Der Wär- meabfluss vom Düsenkörper zum Gehäuseteil ist demnach geringer, was wiederum eine Erhöhung der mittleren Temperatur des Düsenkörpers zur Folge hat. Aufgrund dessen bildet sich weniger Kondensat aus, was wiederum die Korrosion am Düsenkörper verhindert oder zumindest deutlich verringert.

Im vormontierten Zustand, das heißt vor dem Einsetzen und Fixieren der Vorrichtung in dem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine, dient das axiale Übermaß a des Dichtrings bevorzugt der kraft- oder formschlüssigen Verbindung des Dichtrings und/oder des Dichtring/Stützelement-Verbandes mit dem Kraftstoff! njektor, damit dieser verliersicher am Kraftstoff! njektor gehalten ist. Beispielsweise kann durch das axiale Übermaß a ein Bund ausgebildet werden, welcher derart an einen Innendurchmesser einer Düsen- spannmutter des Kraftstoff! njektors angepasst ist, dass der Dichtring und/oder das Stützelement über eine Steck-, Klemm- oder Rastverbindung am Kraftstoff! njektor gehalten sind. Bevorzugt ist die zentrale Ausnehmung des Stützelementes gestuft und/oder zumindest teilweise konisch ausgebildet. Eine derart gestaltete zentrale Ausnehmung ermöglicht eine formschlüssige Verbindung des Dichtrings mit dem Stützelement, so dass über eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung des Dichtrings mit dem Kraftstoffinjektor ferner eine verliersichere Verbindung des Stützelementes mit dem Kraftstoffinjektor bewirkt werden kann. Die Verbindung erfolgt dann mittelbar über den Dichtring.

Ferner bevorzugt besitzt der Dichtring eine gestufte und/oder zumindest teilweise konisch ausgebildete Außenkontur. Auch diese Maßnahme dient der formschlüssigen Verbindung des Dichtrings mit dem Stützelement, um über eine Verbindung des Dichtrings mit dem Kraftstoff! njektor zugleich eine Verbindung des Stütztelementes mit dem Kraftstoff! njektor zu bewirken. Bevorzugt ist die Außenkontur des Dichtrings der Innenkontur der zentralen Ausnehmung des Stützelementes angepasst. Dabei kann ein gewisses radiales Übermaß des Dichtrings gegenüber der zentralen Ausnehmung des Stützelementes vorgesehen sein, um zugleich eine kraftschlüssige Verbindung der beiden Elemente zu bewirken. Alternativ oder ergänzend kann die zentrale Ausnehmung des Dichtrings einen Innendurchmesser besitzen, welcher im Wesentlichen dem Außendurchmesser eines Schaftabschnitts des Düsenkörpers des Kraftstoffinjektors entspricht oder kleiner gewählt ist, um eine kraftschlüssige Verbindung des Dichtrings mit dem Schaftabschnitt des Düsenkörpers zu bewirken.

Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass der Dichtring aus Kunststoff und/oder das Stützelement aus Metall, insbesondere aus einer Metalllegierung, gefertigt ist, bzw. sind. Kunststoff weist in der Regel eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf, so dass hierüber in einfacher Weise eine reduzierte thermische Ankopplung des Düsenkörpers an das Gehäuseteil der Brennkraftmaschine bewirkt werden kann. Ferner sollte der gewählte Kunststoff eine hohe Temperaturbeständigkeit sowie eine zumindest geringfügige elastische Verformbarkeit besitzen. Die Verwendung eines Metalls bzw. einer Me- talllegierung zur Fertigung des Stützelementes ist insbesondere der Stützfunktion des

Stützelementes geschuldet. Ein metallisches Stützelement erweist sich als sehr robust und gewährleistet eine exakte Positionierung des Kraftstoffinjektors. Als Metalllegierung hat sich insbesondere eine Legierung als vorteilhaft gezeigt, welche Kupfer, Nickel, Mangan und/oder Aluminium enthält. Insbesondere können derartige Metalle ent- haltende Metalllegierungen sehr niedrige Wärmeleitfähigkeitswerte aufweisen. Dies wiederum kommt der Vorgabe entgegen, die Kondensatbildung und damit die Korrosion am Düsenkörperschaft zu verringern.

Das zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ferner vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines Stützelementes für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass ein pulvermetallurgisches Formgebungsverfahren, insbesondere Metallpulver-Spritzgießen, eingesetzt wird. Dies setzt voraus, dass das Stützelement aus Metall, insbesondere einer Metalllegierung, gefertigt ist. Beim Metall-Spritzgießen werden die Metallpulver zunächst gemischt und dann dem Spritzgießverfahren unterzogen. Auf diese Weise kann das Mischungsverhältnis des Metallpulvers im Hinblick auf eine möglichst niedrige Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs gewählt werden.

Bevorzugt werden Metallpulver verwendet, welche Kupfer, Nickel, Mangan und/oder Aluminium enthalten.

Weiterhin bevorzugt wird über das Mischungsverhältnis der Metallpulver die Wärmeleitfähigkeit des Stützelementes eingestellt, wobei die Einstellung vorzugsweise derart erfolgt, dass die Wärmeleitfähigkeit des Stützelementes unter 100 W/(mK), weiterhin bevorzugt unter 50 W/(mK) liegt. Materialien, die diese Werte erfüllen, sind beispielsweise Konstantan, Manganin sowie Edelstahl.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

Figur 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße

Vorrichtung,

Figur 2 einen schematischen Längsschnitt durch einen Dichtring/Stützelement-Verband,

Figur 3a, b-5a, b jeweils einen schematischen Längsschnitt durch weitere Dichtring/Stützelement-Verbände. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Die in der Figur 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum 1 einer Brennkraftmaschine umfasst einen Kraftstoffinjektor 2, einen mit dem Kraftstoff! njektor 2 verbundenen Dichtring 3 sowie ein Stützelement 7. Der Dichtring 3 und das Stützelement 7 bilden einen Verbundkörper aus, wobei der Dichtring 3 in eine zentrale Ausnehmung 9 des Stützelementes 7 eingesetzt ist. Durch eine zentrale Ausnehmung 4 des Dichtrings 3 ist ein Schaftabschnitt 5 eines Düsenkörpers 6 des Kraftstoff! njektors 2 hindurchgeführt, so dass der Dichtring 3 am Schaftabschnitt 5 sowie an einer Spannmutter 11 zu liegen kommt. Die Spannmutter 11 dient der Verbindung des Düsenkörpers 6 mit einem Haltekörper (nicht dargestellt). In montiertem Zustand der Vorrichtung - wie in Figur 1 dargestellt - kommt der Dichtring 3 ferner an einem Gehäuseteil 8 zu liegen, das eine Stufenbohrung 12 zur Aufnahme des Düsenkörpers 6 des Kraftstoff! njektors 2 besitzt. Ein radialer Absatz 13 der Stufenbohrung 12 dient dabei als Stützfläche bzw. Widerlager, wenn zur Fixierung des Kraftstoffinjektors 2 am Gehäuseteil 8 die Vorrichtung von der Pratzkraft einer Spannpratze (nicht dargestellt) beaufschlagt wird. Die

Pratzkraft, welche eine Axialkraft ist, bewirkt eine Verformung des Dichtrings 3, wobei dieser derart zusammengedrückt wird, dass sich der Dichtring 3 unter einer radialen Vorspannung an dem Schaftabschnitt 5 des Düsenkörpers 6 dichtend anlegt. Ferner wird der Dichtring 3 soweit zusammengedrückt, dass das Stützelement 7 in Anlage mit dem radialen Absatz 13 der Stufenbohrung 12 kommt. Das Stützelement 7 stellt auf diese Weise eine genaue Positionierung des Kraftstoff! njektors 2 in Bezug auf das Gehäuseteil 8 bzw. den Brennraum 1 sicher. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 1 bewirken die Verformbarkeit des Dichtrings 3 sowie die Pratzkraft, dass die Höhe des Dichtrings 3 weitgehend der Höhe des Stützelementes 7 entspricht. Dadurch ist die Positionierungsfunktion des Stützelementes 7 sichergestellt.

Vor der Montage, das heißt im entspannten Zustand, besitzt der Dichtring 3 ein axiales Übermaß a gegenüber der Ober- und Unterseite des Stützelementes 7, das vorliegend scheibenförmig ausgebildet ist. Eine bevorzugte Ausführungsform eines ein Stützelement 7 sowie einen Dichtring 3 umfassenden Verbundkörpers ist der Figur 2 zu entnehmen. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Stützelement 7 mit einer gestuft ausgeführten zentralen Ausnehmung 9 versehen, innerhalb welcher der Dichtring 3 aufge- nommen ist. Der Dichtring 3 besitzt eine gestufte Außenkontur 10, welche im Wesentlichen der zentralen Ausnehmung 9 des Stützelementes 7 angepasst ist. Gegenüber der Ober- und der Unterseite des Stützelementes 7 weist der Dichtring 3 jeweils ein axiales Übermaß a auf. Vorliegend ist das axiale Übermaß a gegenüber der Oberseite (im Bild oben) größer als das axiale Übermaß a gegenüber der Unterseite (im Bild unten) des Stützelementes 7 gewählt. Aufgabe des axialen Übermaßes a gegenüber der Unterseite des Stützelementes 7 ist es, die Dichtfunktion des Dichtrings 3 zu gewährleisten, indem beim Einsetzen und Fixieren des Kraftstoff! njektors 2 im Gehäuseteil 8 der Dichtring 3 komprimiert wird, so dass er sich unter einer radialen Vorspannung an dem Schaftabschnitt 5 des Düsenkörpers 6 anlegt. Dies setzt ein entsprechendes elastisches Verformungsverhalten des Dichtrings 3 voraus, welcher vorliegend aus einem elastisch verformbaren Kunststoff gefertigt ist. Das axiale Übermaß a gegenüber der Oberseite des Stützelementes 7 bildet einen Ringbund aus, welcher geeignet ist, eine kraft- und oder formschlüssige Verbindung mit einem Innendurchmesser der Spannmutter 11 herzustellen. Auf diese Weise kann der Verbundkörper aus Dichtring 3 und Stützelement 7 verliersicher mit dem Kraftstoffinjektor 2 verbunden werden, bevor dieser in das Gehäuseteil 8 eingesetzt wird. Dadurch, dass die gestufte Außenkontur des Dichtrings 3 derart gewählt ist, dass der Dichtring 3 gehäuseteilseitig einen größeren Außendurchmesser besitzt und die gestuft ausgeführte zentrale Ausnehmung 9 des Stützelementes 7 korrespondierend hierzu ausgebildet ist, kann ein Formschluss bewirkt werden, welcher sicherstellt, dass über die Verbindung des Dichtelementes 3 mit dem Kraftstoff! njektor 2 mittelbar auch die Verbindung des Stützelementes 7 mit dem Kraftstoff! njektor 2 bewirkt wird.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Verbundkörpers aus Dichtring 3 und Stützelement 7 sind den Figuren 3a, b bis 5a, b zu entnehmen, wobei in allen Fällen der Dichtring 3 ein beidseitiges axiales Übermaß a gegenüber dem Stützelement 7 besitzt.

Die Figur 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel, das einen scheibenförmigen Dichtring 3 sowie ein scheibenförmiges Stützelement 7 besitzt. Die Außenkontur 10 des Dichtrings 3 ist gerade geführt, ebenso die zentrale Ausnehmung 9 des Stützelementes 7. Das Beispiel der Figur 3b unterscheidet sich von dem der Figur 3a lediglich dadurch, dass die Außenkontur 10 des Dichtrings gestuft und die zentrale Ausnehmung 9 des Stützelementes 7 ebenfalls gestuft ausgeführt ist. Insoweit ähnelt diese Ausführungsform der der Figur 2.

Den Figuren 4a und 4b sind im Querschnitt runde oder ovale Dichtringe 3 zu entnehmen, welche jeweils beidseits ein axiales Übermaß a gegenüber einem scheibenförmigen Stützelement 7 besitzen. Diese Ausführungsbeispiele zeigen, dass die Außenkontur 10 des Dichtrings 3 nicht zwangsläufig der Innenkontur der zentralen Ausnehmung 9 des Stützelementes 7 entsprechen muss. Die elastische Verformbarkeit des Dichtrings 3 gewährleistet, dass im montierten Zustand der Vorrichtung der Dichtring 3 unter radialer Vorspannung am Stützelement 7 sowie am Düsenkörper 6 des Kraftstoffinjektors anliegt und somit seine Dichtfunktion erfüllt.

In den Ausführungsbeispielen der Figuren 5a und 5b ist die zentrale Ausnehmung 9 des Stützelementes 7 jeweils konisch geformt, wobei der Konusdurchmesser nach oben hin, das heißt spannmutterseitig, abnimmt. Der in die zentrale Ausnehmung 9 eingesetzte Dichtring 3 besitzt eine - zumindest abschnittsweise - komplementär hierzu ausgebildete Außenkontur, so dass ein Formschluss zwischen dem Dichtring 3 und dem Stützelement 7 bewirkt wird. In dem Beispiel der Figur 5a sind die axialen Überstände des Dichtrings 3 gegenüber dem Stützelement 7 jeweils gerade geführt, so dass die Außenkontur 10 des Dichtrings 3 einen konischen Abschnitt sowie hieran angesetzte zylinderförmige Abschnitte besitzt. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5b ist die Außenkontur 10 des Dichtrings 3 im Wesentlichen Konisch geformt, wobei an den Konus ein Bundabschnitt angesetzt ist, welcher an der Unterseite des Stützelementes 7 anliegt.

Die Figuren 3a, b bis 5a, b zeigen, dass eine Vielzahl von Variationen möglich ist, um einen Verbundkörper aus Dichtring 3 und Stützelement 7 für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zu schaffen. Insbesondere kann die Innenkontur der zentralen Ausnehmung 9 des Stützelementes 7 und/oder die Außenkontur 10 des Dichtrings 3 variiert werden. Vorteilhafterweise ist jedoch das Stützelement 7 im Übrigen als einfache Scheibe ausgebildet, um die Positionierungsfunktion zu gewährleisten. Darüber hinaus ist das Stützelement 7 bevorzugt aus einem Werkstoff gefertigt, welcher eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist, um den Wärmeabfluss vom Düsenkörper 6 bzw. von der Spannmutter 11 über das Stützelement 7 zu unterbinden. Denn je weniger Wärme an das Gehäuseteil 8 abgeführt wird, desto geringer ist die Kondensatbildung am Düsenschaft, so dass ferner die Gefahr der Korrosion am Schaftabschnitt 5 des Düsenkörpers 6 deutlich verringert wird. Vorliegend wurde jeweils eine Metalllegierung zur Ausbildung des Stützelementes 7 gewählt, wobei die Legierung eine Wärmeleitfähigkeit unter 50 W/(mK) besitzt.